Introduzione

Il vento è un volume d’aria che si sposta da un punto ad un altro, spinto dalla differenza di pressione atmosferica, dalla rotazione della Terra intorno al proprio asse, e dalla forza gravitazionale degli altri corpi celesti che ci ruotano intorno, come la Luna.

Nel suo moto l’aria trova dislivelli, montagne, alberi e palazzi, che ne alterano la velocità. Quando l’aria trova un condotto convergente (per esempio quando passsa nel versante tra due montagne, o tra due palazzi) accelera, quando trova un divergente decelera. Tali fenomeni trovano spiegazione nella teoria della fluidodinamica.

Immagine di un tubo convergente

A questo fenomeno si aggiunge l’effetto dello strato limite, per il quale più ci si avvicina alla superficie terrestre, più la velocità del vento sarà smorzata da effetti viscosi di attrito.

Profilo di velocità e strato limite

Questi sono due dei fenomeni che devono essere tenuti a mente durante la progettazione di un sistema esposto alla forza del vento, ed ovviamente non esauriscono le variabili in gioco… se si vuole, si può complicare la situazione finché ne abbiamo voglia!

Insomma, se lo scopo è quello di avere una stima estremamente curata delle azioni del vento, allora bisogna imboccare la tortuosa via Analitica.

Per fortuna, tuttavia, esistono le Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14/01/08), con le quali diventa molto semplice fare questa stima. Basta conoscere:

  • La posizione geografica,
  • L’altezza dal suolo del punto di interesse,
  • Una velocità indicativa del vento.

ed il gioco è fatto! Vediamo quindi come applicare il decreto.

Pressione del vento

Partiamo con una buona notizia: la normativa ci da la formula per trovare la pressione del vento, che è questa

\boldsymbol{ p=q_b\cdot c_e\cdot c_p\cdot c_d } 

Basta. Non ci sono integrali o gradienti da calcolare, dobbiamo solo stimare i tre coefficienti e fare una banale moltiplicazione.

Per cominciare calcoliamo il primo termine: la pressione cinetica di riferimento:

\boldsymbol{q_b=\frac{1}{2}\rho v_b^2}

In questa formula ρ è la densità dell’aria, e si suppone che sia costante e pari a 1,25 Kg/m3.

Il termine vb, che rappresenta la velocità del vento in m/s (1 m/s = 3,6 km/h), può essere scelto dal progettista. La normativa, comunque, prevede dei valori minimi di vb, ed è opportuno rispettarli a meno che non si siano fatto indagini particolari.

Quindi si sceglie una velocità del vento, e poi si confronta con il valore minimo, dopodiché si sceglie il valore più grande tra i due.

Per completezza si riportano anche i valori minimi di vb:

\begin{array}{ l l }  v_b = v_{b,0}                                                    & per\ a_s \leq a_0 \\  v_b = v_{b,0}+k_a (a_s - a_{s0}) \qquad & per\ a_0 < a_s \leq 1500m \\  \end{array}

as è l’altitudine del luogo (al mare as=0, in montagna as>1000)

Mappa delle zone italiane

In questa fase prima si sceglie la zona, ottenendo i 3 valori di riferimento in tabella con i quali si può trovare vb.

Si può passare adesso alla valutazione dei coefficienti, vediamoli uno alla volta.

Coefficiente di esposizione

Valutiamo l’effettiva esposizione al vento con l’omonimo coefficiente. In riva al mare il vento non incontra ostacoli, pertanto le strutture che vi risiedono non possono godere di un riparo naturale, al contratio di chi sta in montagna, o in città. L’esposizione al vento cambia anche in base alle zone geografiche introdotte nel paragrafo precedente, nello specifico si ha:

Dove A,B,C e D sono le categorie di rugosità, definite come segue:

A questo punto, scelta la zona e la categoria, otteniamo la classe di esposizione. E’ adesso possibile determinare il coefficiente di esposizione tramite il seguente frafico, dove Z è l’altezza dal suolo:

Coefficiente di forma

il coefficiente di forma (o coefficiente aerodinamico) è funzione della tipologia e della geometria della costruzione e del suo orientamento rispetto alla direzione del vento. La normativa fornisce delle linee guida per la sua determinazione che si basano sulla valutazione delle pressioni che si vengono a creare sull’edificio, o sul manufatto in generale, a causa del vento.

I calcoli non sono complessi, ma per un’esaustiva trattazione suggerisco di consultare direttamente la normativa.

Nel mio caso, ho avuto necessità di applicare la normativa ad un’antenna, che può essere montata sui tetti di più abitazioni.. L’antenna verrà installata in punti casuali del tetto, e cioè lì dove c’è un palo già eretto: non posso sapere a priori la direzione del vento.

Se non si conosce la direzione del vento, non si hanno a disposizione dati affidabili e certificati, o si vuole essere maggiormente sicuri, il coefficiente di forma può assumere il valore cautelativo di 1,2.

Coefficiente dinamico

Il coefficiente dinamico tiene conto degli effetti riduttivi associati alla non contemporaneità delle massime pressioni locali e degli effetti amplificativi dovuti alla risposta dinamica della struttura.

Esso può essere assunto cautelativamente pari ad 1 nelle costruzioni di tipologia ricorrente, quali gli edifici di forma regolare non eccedenti 80 m di altezza ed i capannoni industriali, oppure può essere determinato mediante analisi specifiche o facendo riferimento a dati di comprovata affidabilità.

Per la mia antenna ho assunto il valore pari a 1.

Particolari precauzioni progettuali

Per finire, si fa presente che nella normativa si richiede al progettista di valutare eventuali effetti dinamici del vento, quali vibrazioni, effetti torsionali (per edifici ed oggetti non simmetrici), od effetti aeroelastici.

Questo perché l’azione del vento non è statica, ed è quindi fondamentale che il progettista eviti il fenomeno della risonanza. Per valutare questo tipo di effetti sono necessarie convalidate prove sperimentali ed analisi matematiche accurate.

Naturalmente quest’ultimo paragrafo fa riferimento a costruzioni con vaste superfici e che operano in contesti in cui è necessario garantire un livello di sicurezza particolare, ad esempio:

  • ponti
  • edifici
  • carelloni pubblicitari
  • ponteggi
  • ecc.

Nel caso in cui l’oggetto da progettare sia di piccole dimensioni e quindi sottoposto a sollecitazioni modeste, adottando una generosa dose di buon senso si può evitare di condurre indagini sperimentali ed analitiche specialistiche. In tali casi può essere opportuno prevedere dei sistemi di sicurezza che scongiurino danni in caso di fallimento della struttura, come un cordino di sicurezza, delle battute di arresto, o dei rivestimenti antiurto.

Conclusioni

Con questo articolo ho cercato di non cambiare la struttura della normativa, ma solo di renderla più digeribile a chi sta portando avanti degli studi amatoriali, e per dare un’idea abbastanza pratica su come affrontare la progettazione di piccoli manufatti sottoposto all’azione del vento. L’articolo non vuole essere sostitutivo al decreto che potete trovare al seguente link.

Per altre informazioni, curiosità e approfondimenti contattatemi!

Buona progettazione a tutti!

 

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